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Utilisation
de la vapeur sous pression en acériculture
Table des matières
- Introduction
- Évolution des systèmes à vapeur
sous pression en acériculture
-
Avantages de la vapeur sous pression
- Définitions
- Système à vapeur
- Chaudière à vapeur haute pression
- Vapeur sous pression
- Capacité nominale de la chaudière
- Puissance de la chaudière en HP
- Chaudières préfabriquées
modernes
- Principaux éléments des systèmes
à vapeur utilisés en acériculture
- Chaudière à vapeur
- Chaudières à tubes de fumée
- Chaudière à retour de
flamme
- Chaudière à tubes verticaux
- Chaudière de type locomotive
- Chaudières à tubes d'eau
- Chaudière à tubes d'eau
en spirale
- Équipement de sécurité
- Approvisionnement en eau
- Récupération des condensats et
réservoir de condensats
- Vapeur de revaporisation
- Purge de la chaudière
- Purgeurs de vapeur
- Matériel de transfert de chaleur humide
- Casseroles à fond plat dotées
de serpentins de vapeur pour la première ébullition
et la finition
- Finition à l'aide de marmites à
vapeur directe commerciales
- Tuyauterie des systèmes à vapeur
- Considérations relatives à l'emploi
de vapeur sous pression
- Planification de l'installation d'un système
à vapeur
- Codes, normes et règlements
- Approbation de la conception et inspection des
chaudières et des appareils à pression par un organisme
reconnu (la commission des normes techniques et de la sécurité
en ontario)
- Remerciements
Introduction
Les acériculteurs se disent heureux et satisfaits de l'utili-sation
de la vapeur sous pression pour transformer les produits de l'érable.
Depuis quelques années, bon nombre d'entre eux y voient une foule
d'avantages. L'on s'attend donc à ce que cette technologie connaisse
un essor considérable.
Les producteurs qui envisagent de se doter d'un système à
vapeur sous pression doivent bien connaître cette technologie
très spécialisée et se faire aider de personnes
compétentes au moment de planifier leur système. Ils s'assureront
ainsi que le système à vapeur qu'ils choisiront et installeront
sera conforme aux règlements en vigueur. Il est important pour
l'acériculteur de se doter d'un système bien conçu,
capable de répondre sans danger aux besoins en vapeur sous pression
de son entreprise.
Évolution des systèmes à vapeur
sous pression en acériculture
L'utilisation de la vapeur sous pression en acériculture remonte
à la dernière partie du XIXe siècle. Déjà,
il était facile pour les producteurs canadiens et américains
de se procurer des chaudières à vapeur. Il se vendait
même déjà quelques évaporateurs à
vapeur destinés à la production commerciale.
Les évaporateurs classiques à bois, à mazout et
à gaz n'ont cessé d'être améliorés
tout au long du XXe siècle. Ils étaient abondamment utilisés
par les producteurs com-mer-ciaux qui avaient abandonné la plupart
des autres types d'équipement. Certains choisirent toutefois
d'utili-ser la vapeur sous pression pour faire bouillir le sirop d'érable.
Depuis une cinquantaine d'années, un fabricant de matériel
acéricole s'est distingué par ses efforts pour offrir
de nouveaux appareils de transformation reposant sur l'utilisation de
la vapeur sous pression. En 1968, l'entre-prise G. H. Grimm Co. Inc.
de Rutland, au Vermont, produisait la première d'une série
de plusieurs douzaines de casseroles à vapeur connues sous le
nom d'évaporateurs de finition à vapeur Sipple. Certains
de ces évaporateurs sont encore utilisés aujourd'hui.
Au cours de la même période, d'autres entreprises ont fabriqué,
à façon, à petite échelle, des casseroles
à fond plat et des serpentins de vapeur.
Des marmites à vapeur commerciales destinées à
une foule d'applications sont offertes par plusieurs fabricants et sont
utilisées par les acériculteurs pour chauffer et/ou finir
le sirop d'érable.
Les chaudières à vapeur sous pression ont été
grandement améliorées ces 50 dernières années.
Les chaudières soudées par rapprochement selon des normes
rigoureuses et pourvues de commandes entièrement automatiques
sont plus sûres, plus robustes et plus efficaces que les anciennes
chaudières rivetées à commande manuelle.
La volonté de réduire les coûts de production et
d'offrir des produits de l'érable de haute qualité qui
s'est affirmée par suite de l'expansion de nombreuses exploitations
acéricoles ces dernières années a stimulé
l'intérêt pour les innovations et perfectionnements technologiques
et notamment l'utilisation de la vapeur sous pression, de l'osmose inverse
ainsi que de fourneaux et d'évaporateurs améliorés.
Les améliorations récentes apportées aux chaudières
à vapeur et le succès que connaissent divers appareils
d'évaporation à vapeur de même que les casseroles
de finition à vapeur Sipple sont encourageants et expliquent
l'intérêt accru porté à l'utilisation de
la vapeur.
Pour en apprendre davantage sur l'utilisation de la vapeur sous pression
en acériculture, voir les trois études réalisées
depuis 1995 par le MAAO en consultant son site Web sur l'agroforesterie.
La première étude, Review and Evaluation of the Use
of High Pressure Steam in the Production of Maple Products, une
revue et évaluation de l'utilisation de la vapeur sous pression
en acériculture, comprenait un sondage important auprès
de 24 acériculteurs ayant fait l'expé-rience de la vapeur
sous pression. La deuxième étude, Review of Safety
in the Use of High Pressure Steam in the Production of Maple Products,
constituait une revue de la sécurité d'utilisation de
la vapeur sous pression en acériculture. Comme dans toute exploitation
agricole, la sécurité est un aspect important auquel il
faut s'arrêter. La troisième étude, High Pressure
Boiler Selection for the Production of Maple Products portait sur
le choix d'un évaporateur à vapeur sous pression adapté
aux objectifs et aux besoins de l'exploitant.
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Avantages de la vapeur sous pression
Les acériculteurs qui utilisent la vapeur sous pression y trouvent
de nombreux avantages, dont les suivants :
- La vapeur est une source de chaleur constante et offre une excellente
maîtrise de l'ébullition.
- Avec la vapeur, le sirop ne risque pas de trop cuire ni de brûler.
- Il est facile d'acheminer la vapeur par des tuyaux là où
l'on en a besoin dans la cabane à sucre.
- Les casseroles sont relativement petites et peu coûteu-ses.
Aucun fourneau ni aucune casserole à ondulations n'est nécessaire.
- Il est facile de déloger le tartre des serpentins à
vapeur, des casseroles ou des marmites.
- Le temps et la main-d'œuvre nécessaires à la
transfor-mation sont réduits au minimum, surtout avec en plus
un appareil à osmose inverse.
- La plupart des producteurs jugent l'utilisation de vapeur sous pression
économique, et dans certains cas, plus économique même
que d'autres méthodes.
- La vapeur est excellente pour maintenir de bonnes conditions sanitaires
durant la transformation.
- La vapeur se prête à des applications autres que l'ébullition,
comme le nettoyage de l'équipement, le réchauffement
du sirop en vue de son condition-ne-ment, le chauffage de l'eau et
l'entretien de la cabane à sucre, par exemple (figure 1).
- Bien des producteurs trouvent facile avec l'utilisation de la vapeur
de produire de façon constante des produits de l'érable
de haute qualité.
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Définitions
Système à vapeur
Un système à vapeur réunit tous les éléments
d'un système fonctionnel, dont chaudière, tuyauterie,
évapo-rateur à vapeur, marmites à vapeur, purgeurs
de vapeur, collecteur de condensats.
Figure 1. En plus de servir à la transformation de la
sève, la vapeur se prête à bien d'autres applications,
notamment au nettoyage des réservoirs.
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Chaudière à vapeur haute pression
Selon la définition donnée à l'article 1 du Boiler
and Pressure Vessel Code, le code des chaudières et appareils
à pression de la American Society of Mechanical Engineers (ASME),
une chaudière à vapeur haute pression s'entend d'un appareil
qui produit, à des fins qui lui sont extérieures, de la
vapeur à une pression de plus de 15 livres par pouce carré.
Il s'agit ici de la pression de vapeur supérieure à la
pression atmosphérique, qui est indiquée par le manomètre
en livres par pouce carré.
Vapeur sous pression
Vapeur sous pression s'entend de la vapeur à une pression manométrique
supérieure à 15 livres par pouce carré. Par conséquent
les chaudières qui fournissent de la vapeur sous pression sont
considérées comme des chaudières à vapeur
haute pression.
Capacité nominale de la chaudière
Lorsqu'on choisit une chaudière, il est important de connaître
et de comprendre sa capacité nominale, soit sa capacité
de chauffage exprimée en unités de puissance évaporatrice
(unités de puissance de la chaudière en HP), en BTU/heure
et/ou en livres de vapeur/heure.
Les fabricants établissent la capacité nominale de la
chaudière en fonction de la norme adoptée par la American
Society of Mechanical Engineers, désignée norme ASME.
Puissance de la chaudière en HP
La puissance de la chaudière en HP exprime la capacité
de la chaudière à évaporer une quantité
précise d'eau en une heure sous des conditions données.
Selon la norme ASME, la puissance d'une chaudière de 1 HP correspond
à la puissance d'évaporation de 34,5 lb d'eau en vapeur
à l'heure à une température égale ou supérieure
à 212 °F et selon une pression absolue de 14,7 lb/po2. La
chaleur requise pour produire une unité de puissance de la chaudière
en HP est par conséquent de 34,5 x 971,7, soit 33 523 BTU/heure.
Chaudières préfabriquées modernes
Les chaudières préfabriquées sont préassemblées
à l'usine avant d'être expédiées et installées.
Il s'agit d'unités auto-nomes qui viennent avec pompe à
carburant, ensemble du brûleur et commandes de combustion. Elles
sont expédiées sur des poutres et arrivent prêtes
au montage sur place, lequel comporte le raccordement aux tuyaux d'alimentation
en eau, aux conduites de vapeur, aux conduites de combustible, au réseau
d'électricité, au matériel auxiliaire et à
la cheminée.
Les chaudières préfabriquées peuvent être
du type à tubes de fumée ou du type à tubes d'eau.
Toutes les chaudières préfabriquées neuves font
l'objet d'essais de réaction au feu avant de quitter l'usine.
Les nouvelles chaudières préfabriquées à
retour de flamme, aussi appelées chaudières écossaises
à tubes de fumée, sont appréciées des acériculteurs
qui utilisent la vapeur sous pression.
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Principaux éléments des systèmes
à vapeur utilisés en acériculture
1. Chaudière à vapeur
Il y a deux grands types de chaudières à vapeur : les
chaudières à tubes de fumée et les chaudières
à tubes d'eau. Les deux types sont utilisés en acériculture.
On trouve de nos jours un vaste choix de fabricants de chacun des types
(figure 2).
Figure 2. Évaporateur à vapeur moderne avec préchauffeur
de sève dans la hotte de préchauffage.
I. Chaudières à tubes de fumée
Dans les chaudières à tubes de fumée, les gaz de
combustion et la chaleur circulent dans des tubes qui sont entourés
d'eau et de vapeur.
Voici des exemples de chaudières à tubes de fumée
: chaudière à retour de flamme, chaudière à
tubes verticaux, chaudière à tubes horizontaux et chaudière
de type locomotive.
Chaudière à retour de flamme
Les chaudières à retour de flamme (figure 3) sont les
chaudières les plus utilisées de nos jours par les exploitations
commerciales et les petites exploitations industrielles. Elles sont
aussi les plus utilisées par les acériculteurs.
Les chaudières à retour de flamme sont des chaudières
à parcours multiples, ce qui signifie que les gaz de combustion
(chaleur) suivent plusieurs parcours avant de quitter la chaudière.
Selon les fabricants, on trouve des chaudières à 2,
3 ou 4 parcours de fumées.
Ces chaudières sont à foyer (chambre de combustion)
intérieur. Ce foyer est doté de tubes qui traversent
la chaudière jusqu'à la plaque tubulaire avant. La chambre
de combustion est entièrement entourée d'eau.
De nombreux fabricants offrent des chaudières à tubes
de fumée de type à retour de flamme soudées par
rapprochement. Ces chaudières viennent soit avec foyer réfractaire
soit avec foyer à chemise d'eau. Ce sont des chaudières
préfabriquées prêtes à être installées
dans les cabanes à sucre.
Figure 3. Les chaudières modernes à tubes de fumée
de type à retour de flamme constituent le type de chaudière
le plus utilisé par les acériculteurs.
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Chaudière à tubes verticaux
Les chaudières à tubes verticaux sont soit à
dessus mouillé ou à dessus sec. Elles sont utilisées
pour leur faible encombrement au sol là où l'on dispose
par contre d'amplement d'espace en hauteur.
La chaudière à dessus sec produit de la vapeur légèrement
surchauffée, ce qui peut occasionner des fuites dans les tubes
situés dans la plaque tubulaire supérieure. La chaudière
à dessus mouillé ne produit pas de vapeur surchauffée
étant donné que la plaque tubulaire supérieure
est entourée d'eau. Il s'agit dans les deux cas de chaudières
à un seul parcours de fumées étant donné
que les gaz de combustion ne peuvent être retenus par l'utilisation
de déflecteurs. Elles ne sont pas aussi efficaces que les types
de chaudières à parcours multiples.
Lorsque le faible encombrement au sol est un critère important,
les nouvelles chaudières à tubes verticaux soudées
par rapprochement peuvent convenir, selon les applications auxquelles
elles sont destinées.
Chaudière à tubes horizontaux
Ce type de chaudière est constitué d'un réservoir
pourvu de tubes. Ces chaudières sont à foyer extérieur.
Elles se trouvent suspendues au-dessus du foyer. Leur installation
nécessite la construction d'un foyer extérieur, habituellement
en brique ou en béton. La surface relativement petite de chauffage
exposée à la chaleur radiante limite l'efficacité
et la souplesse d'absorption de chaleur de ce type de chaudière.
Les nouvelles chaudières à tubes horizontaux soudées
par rapprochement peuvent être indiquées lorsque l'acériculteur
envisage d'utiliser le bois comme combus-tible, étant donné
qu'elles peuvent être équipées d'un foyer au bois.
Chaudière de type locomotive
Les chaudières de type locomotive sont à foyer intérieur.
Les gaz de combustion y circulent en ligne droite vers la sortie à
travers les tubes. Dans toutes les chaudières à parcours
unique comme celles-ci, la température des gaz à la
sortie peut être relativement élevée, d'où
une efficacité moindre. La plupart des chaudières de
type locomotive sont de vieilles chaudières, habituellement
de construction rivetée.
La construction rivetée, la piètre efficacité
et l'âge sont autant de facteurs qui rendent les chaudières
de type locomotive non adaptées aux applications commerciales.
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II. Chaudières à tubes d'eau
Dans une chaudière à tubes d'eau, la vapeur et/ou l'eau
se trouve dans des tubes alors que la chaleur et les gaz de combustion
circulent autour des tubes.
Les chaudières à tubes d'eau sont reconnues pour leur
rapidité à produire de la vapeur. La vapeur est générée
rapidement du fait de la quantité d'eau relativement faible qui
se trouve dans la chaudière. Cette caractéristique permet
aux chaudières à tubes d'eau de réagir rapidement
aux changements dans la demande de vapeur. Ces chaudières sont
à foyer extérieur et exigent un foyer doublé d'un
matériau réfractaire.
En général, les chaudières à tubes d'eau
sont composées de réservoirs multiples. Un réservoir
de vapeur supérieur et un réservoir de boue inférieur
sont reliés par des tubes qui forment ensemble la section convection
et le foyer de la chaudière.
Les acériculteurs utilisent deux types de chaudières à
tubes d'eau : les chaudières à faisceau coudé (aussi
appelées chaudières à tubes cintrés) et
les chaudières à tubes en spirale.
Chaudière à tubes d'eau à faisceau coudé
La chaudière à faisceau coudé est une chaudière
à réservoirs multiples. Elles sont constituées
de un ou de plusieurs réservoirs de vapeur dans la partie supérieure
de la chaudière et de un ou de plusieurs réservoirs de
boue dans la partie inférieure. Ces chaudières sont aussi
appelées chaudières à tubes cintrés. On
peut en acheter préfabriquées.
Chaudière à tubes d'eau en spirale
Il existe sur le marché des chaudières à tubes
d'eau en spirale entièrement automatiques qui sont préfabriquées.
Leur prix a tendance à être élevé. Ces
chaudières sont parfois appelées générateurs
de vapeur.
Dans les chaudières à tubes en spirale, les tubes qui
génèrent la vapeur sont constitués de tubes à
hélice, en spirale ou horizontaux de faible diamètre.
Comme avec tous les types de chaudières à tubes d'eau,
un traitement approprié est important. Le remplacement des
tubes d'eau coûte cher et ces chaudières sont difficiles
à réparer. Les acériculteurs qui utilisent des
chaudières à tubes d'eau ont tendance à préférer
les modèles à faisceau coudé.
2. Équipement de sécurité
À leur sortie de l'usine, les chaudières doivent être
pourvues d'équipement de sécurité. Pour de l'information
à ce sujet, voir plus loin la rubrique Codes, normes et règlements.
L'équipement de sécurité nécessaire dépend
essentielle-ment du type et de la puissance de la chaudière de
même que de la réglementation en vigueur là où
celle-ci est installée. Il est important que l'équipement
de sécurité soit bien installé et qu'il soit bien
entretenu.
Voici quelques-unes des pièces d'équipement de sécurité
les plus importantes sur une chaudière :
- soupape de sécurité;
- manomètre;
- colonne d'eau;
- tube indicateur de niveau en verre;
- robinets d'épreuves;
- dispositifs d'arrêt du brûleur en cas de faible niveau
d'eau;
- bouchon fusible;
- vanne d'arrêt sur la conduite de vapeur principale;
- conduite et robinets d'extraction / de purge;
- appareils de réglage automatique du brûleur.
Se faire aider de personnes compétentes pour ce qui touche à
l'équipement de sécurité entourant la chaudière,
à son fonctionnement et à son entretien.
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3. Approvisionnement en eau
Le réseau d'approvisionnement en eau de la chaudière
est un élément important de tout système à
vapeur. On doit l'installer et l'utiliser correctement afin que la chaudière
soit suffisamment alimentée en eau. Une pompe d'ali-men-tation
utilise les condensats du réservoir de conden-sation ainsi que
d'autres sources d'eau d'appoint et pompe l'eau sur demande dans la
chaudière.
Des éléments importants qui peuvent faire partie du réseau
d'alimentation en eau sont la pompe d'alimen-tation, les tuyaux d'alimentation
pourvus d'un clapet anti-retour et de dispositifs de régulation
de niveau à flotteur.
Les éléments précis du réseau d'alimentation
en eau varient selon le type de chaudière et l'application.
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4. Récupération des condensats et
réservoir de condensats
Le réseau de retour des condensats retourne tous les condensats
dans le réservoir de condensats. Une fois que la vapeur s'est
échappée de la chaudière et que la chaleur a été
libérée par les tuyaux et les échangeurs de chaleur
(évaporateurs, marmites), ce réservoir sert à condenser
la vapeur et à la changer en eau. Les condensats étant
purs, il faut les retourner à la salle des chaudières
et les réutiliser. L'utilisation des condensats comme eau d'appoint
permet d'utiliser moins d'eau d'appoint extérieure (eau brute),
ce qui réduit la quantité de produits chimiques de traitement
de l'eau nécessaires au détartrage. L'utilisation des
conden-sats chauds réduit également la consommation d'énergie
(figure 4).
Les condensats sont récupérés des conduites de
vapeur, des serpentins de vapeur et de l'équipement au moyen
de purgeurs de vapeur.
La dimension des collecteurs de retour des condensats doit être
suffisante pour recueillir à la fois les condensats et la vapeur
de revaporisation. Lorsqu'il n'est pas possible d'installer des collecteurs
de retour par gravité et que l'on ne dispose pas d'une pression
suffisante, il faut se résoudre à pomper les condensats
dans le réservoir de condensats.
Le réservoir de condensats recueille tous les condensats récupérés.
Ses dimensions doivent permettre d'accueillir une quantité suffisante
d'eau d'alimentation provenant de la chaudière.
En général, le réservoir comporte un alternateur
ou un interrupteur à flotteur dans le cas d'un arrangement duplex,
une vanne à flotteur pour l'approvisionnement en eau brute, une
crépine, un tube indicateur de niveau d'eau en verre et un thermomètre
à cadran. Le réservoir doit aussi être pourvu d'un
trop-plein, d'un évent de dimension appropriée et d'un
robinet de purge de fond.
Mettre les produits de traitement de l'eau dans l'eau d'alimentation
du réservoir de condensats. Il existe sur le marché des
réservoirs d'alimentation en produits chimiques qui peuvent être
installés dans le réseau d'ali-men-tation en eau.
Figure 4. Réservoir de condensats.
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Vapeur de revaporisation
Un condensat sous pression se forme à la même tempé-rature
que celle de la vapeur sous pression qui le produit au fur et à
mesure que la chaleur latente est retirée.
Lorsque le condensat est évacué vers une zone de pression
moindre, l'énergie qu'il contient est supérieure à
celle qu'il peut contenir à l'état liquide. L'énergie
excédentaire provoque la revaporisation d'une partie de l'eau
sous forme de vapeur à une pression moindre. On parle alors de
vapeur de revaporisation. Pour un maximum de rendement énergétique,
il faut utiliser cette vapeur de revaporisation comme on le fait avec
les appareils à osmose inverse pour préchauffer la sève
froide avant son entrée dans l'évaporateur (figure 5).
5. Purge de la chaudière
Toutes les chaudières ont un dispositif de purge raccordé
à une vanne ou à un robinet. On trouve au fond de toutes
les chaudières d'une puissance de 100 lb/pouce carré (psi)
ou plus, au moins deux vannes de purge. Un réservoir de purge
peut aussi être utilisé.
Figure 5. Accroître l'efficacité énergétique
en utilisant la vapeur de revaporisation pour préchauffer la
sève, par exemple.
Sous des conditions de fonctionnement normales, la purge vise à
réduire la quantité de solides dissous ou en suspension
dans l'eau de la chaudière. Les solides sont apportés
par l'eau d'alimentation et se concentrent dans l'eau de la chaudière.
La fréquence de purge dépend de la qualité de l'eau
d'alimentation. Une bonne pratique dans le cas des chaudières
qui ne sont pas alimentées par de l'eau traitée en usine
consiste à purger la chaudière, chacune des parties basses
pourvues de vannes ou la colonne d'eau chaque jour, au moment de mettre
en marche le système alors que la pression de vapeur est faible.
Comme la méthode à employer varie selon le modèle
de chaudière, consulter le manuel du fabricant pour connaître
la façon de purger la chaudière.
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6. Purgeurs de vapeur
Les purgeurs de vapeur constituent un élément important
des systèmes à vapeur utilisés en acériculture,
étant donné qu'ils contribuent à la fois à
la sécurité et à l'efficacité de la chaudière.
Il s'agit de dispositifs automatiques qui augmentent l'efficacité
globale d'un système à vapeur en évacuant l'air
et les condensats (eau) des conduites de vapeur, sans qu'il y ait perte
de vapeur. Situer les purgeurs de vapeur aux points bas où la
condensation s'accumule dans le système. Pour un maximum de sécurité
et d'efficacité, évacuer toute la condensation. La conden-sa-tion
résulte du refroidissement de la vapeur dans les con-duites et
les serpentins d'évaporation en cours d'ébulli-tion. De
la condensation se forme dans les serpentins au fur et à mesure
que la vapeur transfère sa chaleur dans les parois des tubes,
amenant ainsi la sève à bouillir.
Par temps froid, lorsque le système à vapeur n'est pas
utilisé, s'assurer de vider l'eau contenue dans les purgeurs
de vapeur pour éviter qu'elle ne gèle.
Se faire conseiller par des personnes d'expérience dans le choix
des purgeurs de vapeur, leur installation, la façon de les faire
fonctionner en toute sécurité et leur entretien. Les fabricants
de purgeurs de vapeur offrent de l'assistance technique ainsi que des
directives écrites. Voici les emplacements où sont généralement
situés les purgeurs de vapeur sur les chaudières installées
dans des cabanes à sucre utilisant la vapeur sous pression :
- à l'extrémité de la conduite de vapeur principale,
avant l'entrée dans les serpentins situés dans la casserole,
afin d'évacuer le condensat produit par les pertes de chaleur
par rayonnement dans la conduite principale pendant le déplacement
de la vapeur de la chaudière vers la casserole;
- sous la sortie de chaque serpentin de vapeur dans une casserole
afin d'évacuer le condensat produit dans le serpentin par suite
du transfert de chaleur lors de l'ébullition de la sève;
- selon qu'il s'agit de l'un ou l'autre des deux grands types de marmite
à vapeur (réservoir fixe par gravité et réservoir
siphon basculant), la purge de vapeur se fait différemment.
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7. Matériel de transfert de chaleur humide
Casseroles à fond plat dotées de
serpentins de vapeur pour la première ébullition et la
finition
L'évaporateur le plus courant pour la première ébullition
est constitué d'une casserole à fond plat dotée
de divisions latérales et de serpentins de vapeur. Ces casseroles
sont relativement petites comparées aux casseroles d'évapo-ra-tion
classiques. Elles sont moins coûteuses et ne néces-sitent
ni conduit de fumée ni fourneau.
La sève froide est normalement préchauffée dans
la hotte de préchauffage à l'aide d'un serpentin de préchauffage
de type Raithby traditionnel. Bien des producteurs utilisent un appareil
à osmose inverse pour concentrer au départ la sève.
Il est possible de commander sur mesure auprès de la plupart
des fabricants de matériel d'acériculture des casseroles
à fond plat avec des divisions et des serpentins de vapeur. Pour
répondre aux besoins d'ébullition, bien des facteurs doivent
être pris en considération dans la conception d'une casserole
et des serpentins. Le fabricant doit obtenir des détails pour
être en mesure de fabriquer un évaporateur sûr et
de la taille convenable.
Les casseroles à fond plat utilisées pour la finition
sont de conception semblable à celles qui servent à la
première ébullition, si ce n'est qu'elles sont habituellement
plus petites du fait qu'elles ne servent pas à concentrer autant
le sirop. Les casseroles de finition à fond plat sont construites
de la même façon avec des divisions latérales qui
s'ouvrent aux extrémités afin que le sirop fini puisse
y être recueilli. Les casseroles de petit format utilisées
lorsque peu d'évaporation est nécessaire n'ont pas besoin
de divisions latérales si l'évaporation se fait suivant
un système par lot. Pour assurer un fonctionnement efficace et
sans danger, il faut débarrasser les serpentins et les tubes
du tartre périodiquement, idéalement tous les jours. Toutes
les casseroles à fond plat pourvues de serpentins nécessitent
l'installation de purgeurs de vapeur. En discuter avec le fabricant.
La casserole de finition en V de marque Sipple pour les systèmes
à vapeur, qu'on trouve encore sur le marché, est une variante
de la casserole à fond plat (figure 6).
Figure 6. Évaporateur de finition de marque Sipple apparu
sur le marché en 1968.
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Finition à l'aide de marmites à
vapeur directe commerciales
Les marmites à vapeur sont normalement faites d'acier inoxydable.
Elles viennent en de nombreux formats de capacité pouvant aller
jusqu'à plusieurs centaines de gallons. La plupart des acériculteurs
qui les utilisent préfèrent les marmites de 40-50 gal
US. Les deux grands types de marmites à vapeur qu'on trouve sur
le marché sont avec réservoir fixe se drainant par gravité
et avec réservoir basculant se drainant au moyen d'un siphon.
La façon de purger la vapeur varie selon le type (figure 7).
Figure 7. Marmites à vapeur en acier inoxydable servant
au chauffage ou à la finition des produits de l'érable.
Il est important de noter que les marmites à vapeur sont conçues
suivant les normes prévues dans le code de l'ASME pour fonctionner
à des pressions maximales précisées. Elles sont
raccordées aux conduites de vapeur qui partent de la chaudière.
Leur fonctionnement nécessite habituellement l'ajout d'un robinet
réducteur de pression. Il se vend aussi des dispositifs de commande
automatique des marmites. Ils sont simples à utiliser et garantissent
des températures de transformation cons-tantes et l'uniformité
d'un lot à l'autre. Pour des raisons de sécurité,
toujours se conformer aux directives du fabricant relativement à
l'installation, à l'utilisation et à l'entretien des marmites
à vapeur.
Avant d'acheter une marmite d'occasion, veiller à ce qu'elle
fasse l'objet d'une inspection. Vérifier la pression de fonctionnement
précisée par le fabricant et, tout comme s'il s'agissait
de matériel neuf, observer les consignes du fabricant concernant
l'installation, l'utilisa-tion et l'entretien.
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8. Tuyauterie des systèmes à vapeur
Le terme tuyauterie englobe généralement les raccords,
valves et autres éléments dans lesquels circulent notamment
des gaz, des liquides ou de la vapeur. Il n'existe pas de norme fixe
quant à la conception de la tuyauterie des systèmes à
vapeur. Il n'en reste pas moins que la tuyauterie est un facteur important
à prendre en considération dans le choix et la conception
d'un réseau de distribution de vapeur. Les tuyaux, joints de
tuyaux, valves et autres composantes utilisés dans les systèmes
à vapeur doivent être conçus pour ces systèmes
et être utilisés dans le respect des valeurs de pression
et de température prévues.
Des purgeurs d'air à réglage thermostatique sont installés
à l'extrémité du tuyau principal, sur chaque serpentin
et marmite, étant donné que l'air est un obstacle encore
plus grand que l'eau à l'efficacité du transfert de chaleur.
Se faire conseiller par des ingénieurs compétents, des
techniciens en réparation de chaudières et/ou des fabri-cants
sur les questions touchant la conception et l'instal-lation de la tuyauterie
des systèmes à vapeur.
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Considérations relatives à l'emploi
de vapeur sous pression
Avant d'installer un système à vapeur sous pression,
considérer les points suivants :
- Les systèmes à vapeur sous pression neufs coûtent
cher; toutefois, la plupart des acériculteurs qui les utilisent
réussissent à se procurer du bon matériel d'occasion
à moindre coût.
- Selon l'endroit où se situe l'exploitation, l'installation
et l'entretien des systèmes à vapeur peuvent être
coûteux.
- Il est parfois difficile de trouver des personnes com-pétentes
et expérimentées pour fournir l'informa-tion et l'assistance
nécessaires au moment de l'instal-lation.
- Les réparations de chaudières peuvent être coûteuses.
- Les systèmes à vapeur sous pression peuvent être
dan-ge-reux si leur installation, leur fonctionnement et leur entretien
ne sont pas conformes aux directives du fabricant.
- L'installation, l'utilisation et le fonctionnement des systèmes
à vapeur sous pression sont soumis à des dispo-sitions
réglementaires qui peuvent varier selon les régions
et qu'il est important de connaître pour s'y conformer.
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Planification de l'installation d'un système
à vapeur
L'installation d'un système à vapeur nécessite
une planification différente pour chaque cabane à sucre.
L'acériculteur qui envisage d'utiliser de la vapeur sous pression
doit bien planifier son système en tirant parti de la compétence
et de l'expérience des fabricants de chaudières et d'appareils
à vapeur, des inspecteurs de chaudières accrédités,
des ingénieurs en mécanique, des techniciens spécialisés
dans l'entretien et la réparation de chaudières industrielles,
des opérateurs de machines fixes, de la American Society of Mechanical
Engineers, des fonctionnaires fédéraux et provinciaux
et des compagnies d'assurance.
Au moment de planifier un système à vapeur destiné
à une exploitation acéricole :
- déterminer quelle sera la demande de vapeur et décider
du type de chaudière, de sa taille (puissance) et de la pression
de fonctionnement;
- bien choisir les raccords, les accessoires et les commandes (manomètre,
colonne d'eau, tube indicateur de niveau en verre, vannes et tuyaux,
robinets réducteurs de pression, dispositifs d'arrêt
du brûleur en cas de faible niveau d'eau, purgeurs de vapeur,
par exemple);
- s'assurer de disposer de l'équipement auxiliaire approprié
(pompes d'alimentation en eau, collecteur de condensats, par exemple);
- déterminer les exigences du matériel d'évaporation
(type, taille et capacité des casseroles à fond plat,
des serpentins de vapeur et/ou des marmites à vapeur) et voir
si l'on emploiera également des évaporateurs classiques
ou des appareils à osmose inverse;
- prévoir un mode de stockage adéquat du combustible
et de bonnes installations électriques;
- déterminer la superficie nécessaire; prévoir
les détails de la construction de la cabane à sucre,
l'aménagement et la disposition de la salle des chaudières;
prévoir suffisamment d'espace pour l'ouverture des portes aux
extrémités de la chaudière afin de faciliter
le nettoyage; prévoir également une hauteur suffisante
pour permettre le démantèlement et l'installation des
tubes de la chaudière;
- prendre connaissance des exigences des codes et de la réglementation
en vigueur dans la région afin de s'y conformer pleinement;
- une fois les besoins en matériel établis, soupeser
le pour et le contre de l'achat de matériel neuf ou d'occasion.
Les acériculteurs achètent souvent du matériel
d'occasion en bon état à des prix beaucoup plus raisonnables.
Si l'on compte acheter du matériel d'occasion, l'on s'assurera,
avant l'achat, de le faire vérifier par un technicien en réparation
d'expérience.
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Codes, normes et règlements
La planification d'un système à vapeur oblige le producteur
à se renseigner sur les exigences applicables aux chaudières
et à leurs accessoires qui sont prévues par plusieurs
codes, normes et dispositions législatives et réglementaires.
Les fabricants de chaudières sont tenus de respecter des normes
strictes établies par la American Society of Mechanical Engineers
(ASME) relativement à la fabri-cation, à l'inspection
et à l'assurance de qualité des chaudières. Toute
nouvelle chaudière doit être homolo-guée par l'ASME.
L'article 1 du code Boiler and Pressure Vessel Code de l'ASME traite
des normes de conception, de fabrication et d'inspection des chaudières.
Il est important de signaler que cet article ne s'applique qu'aux chaudières
neuves. Après l'achat, il appartient à l'utilisateur de
maintenir la chaudière et les composantes du système à
vapeur conformes aux exigences en vigueur là où le système
est installé et utilisé.
Les exigences applicables aux chaudières en service, au titre
notamment de leur utilisation, de leur inspection, de leur réparation
et des modifications qui peuvent leur être apportées, varient
considérablement d'un endroit à l'autre. Il est donc judicieux
de se renseigner auprès des autorités locales.
Il peut être nécessaire d'obtenir une liste des Underwriters
Laboratory (UL) ou des Laboratoires des assureurs du Canada (ULC), les
coordonnées de l'Association canadienne de normalisation (CSA)
ou de l'Association Canadienne du Gaz (ACG), ou encore le Numéro
d'enregistrement canadien (NEC).
Il se peut que les autorités municipales, provinciales ou fédérales
exigent des données sur les commandes ou les critères
de conception de base de la chaudière. Les pouvoirs publics exigent
la plupart du temps un permis pour l'installation et/ou l'utilisation
d'une chaudière, ainsi qu'une inspection annuelle. Il peut aussi
y avoir des exigences liées aux assurances.
La réglementation applicable à l'entretien des chaudières,
notamment à leur purge, aux soupapes de sécurité,
aux conduites de fumée et/ou aux cheminées, ainsi que
les codes d'électricité et de gaz varient selon les territoires.
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Approbation de la conception et inspection des
chaudières et des appareils à pression par un organisme
reconnu (la commission des normes techniques et de la sécurité
en ontario)
Lorsque les autorités exigent un certificat ou un permis, c'est
normalement un inspecteur accrédité qui effectue les inspections
nécessaires à la délivrance du certificat et/ou
du permis d'utilisation.
Les inspections de chaudières comportent des examens à
la fois de l'extérieur et de l'intérieur des chaudières.
Elles peuvent comporter une vérification hydrostatique ou des
essais non destructifs, dont un essai par ultra-sons, un contrôle
radiographique ou une inspection visuelle, par exemple.
Aux États-Unis, ce sont traditionnellement les compa-gnies d'assurance
qui sont les organismes d'inspection reconnus et qui font les inspections
des chaudières homo-loguées par l'ASME. Avant 1996, toutes
les provinces canadiennes offraient des services d'inspection officiels.
Aujourd'hui, l'Ontario et l'Alberta ont privatisé les services
d'inspection.
En Ontario, l'organisme responsable des inspections s'appelle la Commission
des normes techniques et de la sécurité. Voici les règlements
en vigueur en vertu de la Loi de 2000 sur les normes techniques
et la sécurité :
- Boiler and Pressure Vessel : Ce règlement s'applique à
la conception, à la construction, à l'entretien, à
l'utilisation, au fonctionnement, aux réparations et à
la maintenance de chaudières, d'appareils à pression
et de tuyauterie sous pression. Essentiellement, aucun système
à vapeur ne doit être installé sans une autorisation
décernée aux termes de ce règlement, lequel précise
aussi les exigences relatives à des aspects précis de
la sécurité de fonctionnement et de l'entretien de ces
systèmes.
Personne-ressource :
- M. Rick Mile
Chef des opérations
Division de la sécurité des chaudières et
des appareils sous pression
416 325-0949
- Operating Engineers : Ce règlement s'applique à l'utilisation
de l'équipement, aux procédés et méthodes,
y compris la conception, la construction, le montage, la modification,
la gestion, l'entretien, la maintenance et la réparation. Essentiellement,
aucune chaudière à vapeur ni aucun système ou
équipement connexe ne doit être géré, utilisé
ou entretenu si ce n'est en conformité avec ce règlement.
Ce règlement précise aussi le personnel, le cas échéant,
qui peut être nécessaire. Si une exploitation utilise
la réfrigération ou de l'air comprimé dans le
cadre de son procédé, elle est aussi soumise à
ce règlement.
Personne-ressource :
- M. John W.B. Coulter
Agent en chef,
Section des mécaniciens d'exploitation
416 325-2168
À moins que la chaudière n'utilise comme combustible
le charbon ou la biomasse (bois ou autre), les règlements suivants
sur les carburants s'appliquent, selon le type de carburant utilisé
:
- Fuel Oil : Ce règlement s'applique à l'installation,
aux essais, à la maintenance, à la réparation,
à l'enlève-ment, au remplacement, à l'inspection
et à l'utilisation des appareils, du matériel, des composantes
et des accessoires qui utilisent le mazout comme carburant.
- Gaseous Fuels : Ce règlement s'applique à l'instal-la-tion,
à la maintenance, à la réparation, à l'enlèvement,
au remplacement, à l'inspection et à l'utili-sation
des appareils, du matériel, des compo-santes et des accessoires
qui utilisent un combustible gazeux comme carburant.
- Propane Storage and Handling : Ce règlement s'applique à
l'entreposage, à la manutention, au trans-port et au transfert
du propane. (Se reporter au règlement pour des détails
sur sa portée.)
- Fuel Industry Certificates : Ce règlement s'applique relativement
aux certificats exigés pour effectuer des travaux sur des systèmes
qui utilisent du mazout ou un combustible gazeux comme carburant,
ainsi que sur la tuyauterie et les installations d'entreposage afférents
à ces systèmes.
Personne-ressource :
- M. Mike Scarland
Chef des opérations,
Programme de la sécurité des combustibles
416 325-5476
Outre les règlements qui précèdent, et même
si la Commission des normes techniques et de la sécurité
ne le précise pas, l'acériculteur doit connaître
et respecter tout autre règlement ou code pouvant s'appliquer
relativement entre autres à la construction et à la protection
contre les incendies.
La Loi de 2000 sur les normes techniques et la sécurité
et tous les règlements pris en application de cette loi sont
accessibles sur le site www.tssa.org. Pour plus d'information ou des
éclaircissements sur un règlement en particulier, il est
possible en tout temps de communiquer avec les personnes-ressources
indiquées en regard de chaque règle-ment ou avec le soussigné.
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Remerciements
Nous remercions le Secrétariat d'État pour sa contribution
financière à la réalisation de la présente
fiche technique.
L'auteur tient à remercier Clarence Coons, consultante en agroforesterie,
de son aide dans l'élaboration de cette fiche technique.
Il tient également à remercier les personnes suivantes
qui ont révisé le document :
George Drummond, acériculteur, Ontario, George Fowler, acériculteur,
Ontario, Frank Claeys, représentant, Spirax Sarco Canada Limited,
Harry Atkinson, Thunderbolt Research Corporation, Ray Fauteux, Indeck
Service Corporation, Todd Leuty, spécialiste de l'Agroforesterie,
MAAO, Ted Dance, directeur des opérations, Commission des normes
techniques et de la sécurité, Jim Myslik, MAAO.
L'auteur tient aussi à souligner l'aide fournie par le Conseil
d'adaptation du secteur agricole de l'Ontario, le North American Maple
Syrup Council, la Ontario Maple Syrup Producers' Association et la Forêt
modèle de l'Est de l'Ontario.
Liens connexes
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Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
Local : 519 826-4047
Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca
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par le gouvernement de l'Ontario, Canada
